肺移植免疫學(xué)相關(guān)基礎(chǔ)與臨床研究進(jìn)展

肖漓 解立新 石炳毅

肺移植可實(shí)現(xiàn)肺生理功能重建，已成為救治終末期肺病患者的有效手段。近年來肺移植數(shù)量逐年增加，伴隨術(shù)后管理經(jīng)驗(yàn)和外科手術(shù)的日臻完善，以及強(qiáng)有力免疫抑制劑的應(yīng)用，肺移植受者短期生存率明顯提高。國(guó)際心肺移植學(xué)會(huì)（International Society for Heart and Lung Transplantation，ISHLT）2019年報(bào)道，肺移植受者術(shù)后1年生存率約為80%，中位生存期為6.7年[1]。與其他實(shí)體器官移植相比，肺移植受者長(zhǎng)期預(yù)后較差，術(shù)后各種并發(fā)癥包括原發(fā)性移植物功能障礙、急性排斥反應(yīng)（acute rejection，AR）、慢性移植物失功和感染等，是肺移植受者術(shù)后短期和長(zhǎng)期生存的主要障礙。首先，肺移植存在與其他器官移植共性的問題，包括排斥反應(yīng)和感染，術(shù)后受者的免疫系統(tǒng)識(shí)別移植肺抗原，移植肺中的免疫過客細(xì)胞也可識(shí)別受者組織抗原，產(chǎn)生同種異體排斥反應(yīng)[2]；免疫抑制劑的應(yīng)用使受者機(jī)體處于免疫抑制狀態(tài)，極大增加了發(fā)生感染和腫瘤的風(fēng)險(xiǎn)。其次，正常情況下，肺臟將接觸外界環(huán)境的微生物吸入到肺泡，構(gòu)建了個(gè)體獨(dú)特的微生物群，參與維持呼吸生理和免疫的內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定。肺移植供、受者呼吸道內(nèi)微生物群之間的差異可能導(dǎo)致固有免疫和獲得性免疫應(yīng)答[3]。因此，肺移植涉及的免疫機(jī)制更為復(fù)雜，需深入認(rèn)識(shí)同種異體免疫應(yīng)答過程中的免疫學(xué)共性機(jī)制，特別關(guān)注肺臟特異性免疫學(xué)特點(diǎn)，探索如何提高肺移植受者的長(zhǎng)期生存率，為移植物失功的防治等提供理論依據(jù)。本文針對(duì)肺移植中涉及免疫相關(guān)的臨床診斷和基礎(chǔ)研究進(jìn)行總結(jié)討論。

1 肺臟免疫細(xì)胞組成的獨(dú)特性

肺移植受者的生存率與免疫抑制方案有關(guān)，目前臨床普遍采用的方案較少考慮肺臟獨(dú)特的免疫學(xué)特性。作為機(jī)體抵抗感染的第一道防線，部分外來抗原可進(jìn)入下呼吸道的內(nèi)皮層，肺臟具有明顯區(qū)域特性的免疫細(xì)胞，但有關(guān)研究非常有限[4]。因此，結(jié)合免疫細(xì)胞特性，探討肺移植術(shù)后免疫功能的相關(guān)問題十分必要。

為了維持正常的呼吸功能，肺部的免疫系統(tǒng)需要嚴(yán)格精細(xì)的調(diào)控，既要清除外來病原體，又要避免炎癥反應(yīng)的擴(kuò)大造成自身組織損傷，肺臟具有明顯的免疫耐受和免疫調(diào)節(jié)特征[5]。肺部的免疫系統(tǒng)與傳統(tǒng)的主體免疫系統(tǒng)存在較大差異，具有特殊的細(xì)胞亞群和關(guān)鍵分子：（1）在其他器官組織中少有，而在肺臟大量存在的T細(xì)胞亞群，包括調(diào)節(jié)性T細(xì)胞（regulatory T cell，Treg）、輔助性T細(xì)胞（helper T cell，Th）17、自然殺傷（natural killer，NK）T 細(xì)胞和CD4?CD8?T細(xì)胞（高達(dá)淋巴細(xì)胞的20%），其參與肺部免疫調(diào)節(jié)和免疫防御的機(jī)制仍亟待揭示[6]；（2）肺泡巨噬細(xì)胞（alveolar macrophage，AM）在病原體入侵時(shí)活化，負(fù)責(zé)吞噬和清除外來抗原，轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子（transforming growth factor，TGF）可抑制其功能，有效防止炎癥反應(yīng)擴(kuò)大，避免機(jī)體引發(fā)過度免疫防御；（3）中性粒細(xì)胞可參與肺組織的防御、損傷和修復(fù)，是肺臟的第二道防線，其遷移的嚴(yán)格調(diào)控是既能保證正常行使監(jiān)督功能，又能抑制肺泡發(fā)生炎癥反應(yīng)的重要因素，逐漸成為肺移植領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，肺移植術(shù)后中性粒細(xì)胞進(jìn)入肺間質(zhì)和氣道，參與早期的固有免疫應(yīng)答及隨后的獲得性免疫應(yīng)答[7]；（4）分布在氣道上皮的肺神經(jīng)內(nèi)分泌細(xì)胞是唯一受神經(jīng)系統(tǒng)支配的內(nèi)分泌細(xì)胞，作為化學(xué)感受器接受低氧、高碳酸血癥等各種刺激，參與調(diào)控肺的發(fā)育。此外，肺組織中上皮細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞、平滑肌細(xì)胞、纖維細(xì)胞等非傳統(tǒng)免疫細(xì)胞，以及肺表面活性蛋白A、肺表面活性蛋白D等均具有免疫屬性，均可參與呼吸系統(tǒng)的炎癥調(diào)節(jié)[8]。

肺臟免疫細(xì)胞組成的獨(dú)特性決定了其免疫功能的特異性[9]。不僅要研究肺移植與其他實(shí)體器官移植共性機(jī)制，還應(yīng)重視其特性特征，以更深入地理解肺移植免疫學(xué)原理，為肺移植術(shù)后并發(fā)癥的診斷和臨床管理提供更全面的理論依據(jù)。

2 肺移植排斥反應(yīng)的特點(diǎn)和診斷

AR是發(fā)生慢性移植肺功能障礙的主要危險(xiǎn)因素之一。肺部排斥反應(yīng)的發(fā)生比其他器官更快速，肺移植術(shù)后1年AR的發(fā)生率達(dá)60%，且即使僅發(fā)生一次輕微的AR，也是導(dǎo)致慢性移植肺功能障礙的獨(dú)立危險(xiǎn)因素[10]。

肺移植術(shù)后早期免疫應(yīng)答與預(yù)后相關(guān)性較大，小鼠肺移植模型證實(shí)術(shù)后72 h內(nèi)的排斥反應(yīng)可逆，移植物長(zhǎng)期存活與新生支氣管淋巴組織有關(guān)，呈現(xiàn)Foxp3+細(xì)胞聚集，受體T細(xì)胞與CD11c+樹突狀細(xì)胞相互作用[11]。目前普遍認(rèn)為直接或間接的同種異體反應(yīng)性T細(xì)胞只能在次級(jí)淋巴器官被激活。有研究發(fā)現(xiàn)通過阻斷淋巴循環(huán)傳入組織，可防止豚鼠皮膚移植的排斥反應(yīng)[3]。另有報(bào)道建立小鼠肺移植模型，并利用雙光子顯微鏡觀察，發(fā)現(xiàn)術(shù)后30 h內(nèi)，移植肺組織中受體T細(xì)胞聚集在供體來源的CD11c+樹突狀細(xì)胞周圍，證實(shí)移植肺可快速激活同種異體免疫應(yīng)答，而不依賴于次級(jí)淋巴器官，這可能是肺移植排斥反應(yīng)發(fā)生時(shí)間早于其他器官移植的原因[7]。

T細(xì)胞是排斥反應(yīng)過程最為重要的核心免疫細(xì)胞之一，動(dòng)物模型研究發(fā)現(xiàn)CD4+T細(xì)胞亞群對(duì)移植器官具有保護(hù)性和損傷性的雙重效應(yīng)[12]。Th1、Th17、Th22和濾泡輔助性T細(xì)胞（follicular helper T cell，Tfh）表現(xiàn)出促炎作用，而Treg、Th2和Th9卻發(fā)揮抗炎作用。Th1和Th17具有很強(qiáng)的促炎特性，白細(xì)胞介素（interleukin，IL）-2、IL-17和干擾素（interferon，IFN）同時(shí)陽性可促進(jìn)急性和慢性肺移植排斥反應(yīng)。Treg具有抗炎作用，對(duì)同種異體移植物具有保護(hù)作用。Th2可通過產(chǎn)生IL-6發(fā)揮促炎作用，Th9分別通過產(chǎn)生IL-9和IL-10發(fā)揮促炎和抗炎作用[12]。

肺移植術(shù)后受者T細(xì)胞亞群的研究有待細(xì)化。練巧燕等[13]回顧性分析了41例肺移植術(shù)后穩(wěn)定狀態(tài)受者1年內(nèi)外周血T細(xì)胞亞群的動(dòng)態(tài)變化，發(fā)現(xiàn)CD3+T細(xì)胞、CD3+CD4+T細(xì)胞、CD3+CD8+T細(xì)胞絕對(duì)值在術(shù)后2周下降，6個(gè)月內(nèi)逐漸恢復(fù)。 Coiffard等[14]則報(bào)道了術(shù)后1年內(nèi)受者淋巴細(xì)胞亞群與年齡具有相關(guān)性。

外周血和支氣管肺泡灌洗液（bronchoalveolar lavage fluid，BALF）中的細(xì)胞計(jì)數(shù)對(duì)AR的診斷具有一定價(jià)值，但由于其靈敏度和特異度較低，目前無法獨(dú)立地用于臨床診斷。為改善用于AR診斷的性能，國(guó)外報(bào)道了肺移植AR時(shí)血漿和BALF中的細(xì)胞因子作為診斷標(biāo)志物的潛在作用，結(jié)果顯示BALF中IL-1、IL-6、IL-15、IL-17和CXC趨化因子配體（CXC chemokine ligand，CXCL）10水平升高，而IL-8和IL-18水平下降[15]?？傊?，單個(gè)細(xì)胞因子不足以診斷AR，多種細(xì)胞因子聯(lián)合形成的綜合評(píng)分，可提高診斷的準(zhǔn)確性，對(duì)臨床應(yīng)用具有一定的指導(dǎo)意義。

閉塞性細(xì)支氣管炎綜合征（bronchiolitis obliterans syndrome，BOS）可影響移植肺的長(zhǎng)期存活，且促炎因子缺乏和顆粒酶B增加可導(dǎo)致肺移植術(shù)后BOS。研究發(fā)現(xiàn)，BOS患者CD4/CD28nullT細(xì)胞和CD8/CD28nullT細(xì)胞產(chǎn)生的顆粒酶B、IFN-γ和腫瘤壞死因子（tumor necrosis factor，TNF）-α的水平明顯高于穩(wěn)定狀態(tài)患者[16]。

為了進(jìn)一步提高移植肺長(zhǎng)期存活率、誘導(dǎo)抗原特異性免疫耐受，早期鑒別和診斷排斥反應(yīng)是迫切需要解決的難題。氣管鏡活組織檢查（活檢）病理學(xué)分級(jí)是診斷的金標(biāo)準(zhǔn)，但存在有創(chuàng)性、采樣誤差和觀察者間變異性等的限制，目前研究者們正在探索靈敏度高和有效性強(qiáng)的細(xì)胞、分子等多種標(biāo)志物。

3 肺移植病原體感染的快速診斷

感染可影響肺移植受者的短期和長(zhǎng)期生存，應(yīng)用免疫抑制劑以及移植肺的去神經(jīng)化可導(dǎo)致肺移植受者咳嗽反射受損[17]。肺移植受者存在來自供肺和氣道傳播的感染風(fēng)險(xiǎn)，并且術(shù)后的感染癥狀不甚明顯，與排斥反應(yīng)的鑒別存在困難，傳統(tǒng)的病原體培養(yǎng)技術(shù)檢測(cè)時(shí)間長(zhǎng)，可能延誤治療，因此臨床迫切需要早期預(yù)警和鑒別診斷病原體感染。

一項(xiàng)新近報(bào)道評(píng)估了150例肺移植受者感染病原體的分子診斷技術(shù)的性能，使用多重聚合酶鏈反應(yīng)（polymerase chain reaction，PCR）技術(shù)監(jiān)測(cè)了BALF中的26種下呼吸道病原體，實(shí)現(xiàn)了在支氣管鏡檢查后平均3.8 h報(bào)告結(jié)果，而傳統(tǒng)培養(yǎng)方法平均13 h報(bào)告病毒，平均48 h報(bào)告細(xì)菌[18]。該技術(shù)極大地縮短了病毒和細(xì)菌的報(bào)告時(shí)間，能夠?yàn)楦腥驹\斷提供依據(jù)，利于臨床的早期治療，但存在假陽性，目前仍處于優(yōu)化的研究階段。

人類偏肺病毒（human metapneumovirus，HMPV）和副流感病毒（parainfluenza virus，PIV）感染是肺移植受者常見的社區(qū)獲得性感染。Permpalung等[19]發(fā)現(xiàn)31.6%感染HMPV和PIV的肺移植受者在1年內(nèi)肺功能恢復(fù)不良，預(yù)示與長(zhǎng)期移植肺失功相關(guān)。免疫抑制狀態(tài)與肺移植受者術(shù)后感染密切相關(guān)，Gardiner等[20]研究表明，肺移植受者術(shù)后血漿IFN-γ明顯下降，且潑尼松龍劑量對(duì)血漿IFN-γ水平有顯著影響。

2020年爆發(fā)的新型冠狀病毒肺炎（新冠肺炎）疫情給肺移植帶來了更大的挑戰(zhàn)。Wu等[21]報(bào)道，2020年肺移植受者術(shù)后90 d生存率為85.7%，優(yōu)于2019年的71.7%，表明肺移植可作為新冠肺炎重癥患者中病毒學(xué)轉(zhuǎn)陰患者的搶救性治療。Hawkins等[22]分析了21例新冠肺炎相關(guān)肺病肺移植受者的資料，發(fā)現(xiàn)肺移植圍手術(shù)期受者生存率為95%（20/21），總生存率為90%（19/21），表明雙側(cè)肺移植對(duì)新冠肺炎繼發(fā)終末期肺衰竭患者是一種有效的治療選擇。但Kaul等[23]報(bào)道了1例從供者向受者傳播新型冠狀病毒的病例，盡管供者上呼吸道檢測(cè)呈陰性，依然導(dǎo)致受者以及一名胸外科醫(yī)師感染新型冠狀病毒。

侵襲性真菌感染是實(shí)體器官移植受者術(shù)后1年內(nèi)發(fā)病和死亡的主要原因。肺移植術(shù)后第1年肺真菌感染率為10.5%，病死率為38.0%。有研究分析55例兒童肺移植受者資料發(fā)現(xiàn)，29例移植前真菌定植，33例移植后真菌定植，其中11例發(fā)展為肺部真菌性疾病，真菌定植與肺部真菌性疾病不存在相關(guān)性[24]。

抗真菌預(yù)防治療是肺移植受者術(shù)后常規(guī)護(hù)理方案，一般使用廣譜抗真菌藥物，而非靶向預(yù)防可以有效降低侵襲性肺曲霉菌感染的風(fēng)險(xiǎn)[25]。在肺移植術(shù)后免疫功能低下的受者中，梭狀芽孢桿菌和小多梭孢菌定植可進(jìn)展為危及生命的侵襲性疾病[26]。

4 肺移植術(shù)后其他重要并發(fā)癥

原發(fā)性移植物失功（primary graft dysfunction，PGD）常見于肺移植術(shù)后早期，是肺移植受者術(shù)后死亡的主要原因之一，組織學(xué)上表現(xiàn)為彌漫性肺泡損傷，臨床上根據(jù)動(dòng)脈血氧分壓（arterial partial pressure of oxygen，PaO2）/吸入氧濃度（fraction of inspired oxygen，F(xiàn)iO2）和影像學(xué)浸潤(rùn)進(jìn)行分級(jí)，0級(jí)為無病變，3級(jí)為嚴(yán)重PGD。Diamond等[27]分析了315例PGD受者血漿中血管生成素-2（angiopoietin-2，Ang2）水平，發(fā)現(xiàn)Ang2可參與肺上皮損傷、細(xì)胞黏附和凝血等PGD分級(jí)相關(guān)過程，聯(lián)合進(jìn)行臨床PGD分級(jí)可顯著提高肺移植受者術(shù)后90 d病死率的預(yù)測(cè)價(jià)值。肺移植術(shù)后72 h內(nèi)，PGD 3級(jí)發(fā)生率為30.8%，再灌注后48 h或72 h發(fā)生率為16.8%，PGD與術(shù)后90 d和1年病死率顯著相關(guān)。PGD發(fā)生的根本原因仍未明確，可能與以下病理生理過程有關(guān)：（1）多形核中性粒細(xì)胞（polymorphonuclear neutrophils，PMN）活化是PGD進(jìn)展的標(biāo)志，即PMN從肺循環(huán)向間質(zhì)和氣道的遷移；（2）肺內(nèi)皮細(xì)胞損傷是PGD進(jìn)展過程中另一重要組成部分，AM活化可招募白細(xì)胞；（3）CD4+T細(xì)胞可啟動(dòng)與供者T細(xì)胞的細(xì)胞間通訊，參與PGD發(fā)展的后期階段；（4）Toll樣和NOD樣受體以及細(xì)胞因子IL-1β等也參與PGD的進(jìn)展[28]。PGD進(jìn)展過程中，多種免疫途徑與細(xì)胞因子釋放增強(qiáng)密切相關(guān)，IL-1、IL-6和CC趨化因子配體4（CC chemokine ligand 4，CCL4）表達(dá)水平均升高，免疫受體相關(guān)的信號(hào)通路活化，釋放大量促炎介質(zhì)。供肺內(nèi)IL-8水平、IL-17受體多態(tài)性與肺移植術(shù)后早期移植物衰竭相關(guān)。預(yù)防和減少PGD的發(fā)生策略包括術(shù)前優(yōu)化供者的選擇、匹配和管理，改進(jìn)肺保存技術(shù)和再灌注技術(shù)?？扇苄匝a(bǔ)體受體1抑制劑、纖溶酶原激活因子拮抗劑與外源性表面活性劑亦顯示出有益的效果[28]。

阻塞性睡眠呼吸暫停綜合征（obstructive sleep apnea syndrome，OSAS）是肺移植圍手術(shù)期常見的并發(fā)癥，也是影響肺移植受者生存率及生活質(zhì)量的獨(dú)立危險(xiǎn)因素之一。Testelmans等[29]研究顯示，肺移植受者術(shù)后1年OSAS的發(fā)生率為73.8%，且以中重度為主。目前缺乏對(duì)肺移植術(shù)后并發(fā)OSAS的長(zhǎng)期隨訪性研究，其發(fā)生機(jī)制并不明確，可能與以下因素有關(guān)：（1）終末期肺病本身及其致病因素，以及睡眠期間通氣控制系統(tǒng)的敏感性或環(huán)路增益增加，呼吸化學(xué)感受器的敏感性改變及呼吸控制的不穩(wěn)定性；（2）供、受者胸腔容積匹配不佳，引起通氣血流比例失調(diào)及壓迫心臟、縱膈等臟器，影響了上氣道的穩(wěn)定性，導(dǎo)致咽腔的塌陷；（3）肺移植術(shù)后受者體質(zhì)量、藥物作用及體內(nèi)水分的轉(zhuǎn)移等其他因素[30]。

5 肺移植相關(guān)基礎(chǔ)免疫

肺移植的基礎(chǔ)研究報(bào)道相對(duì)較少，伴隨著基礎(chǔ)免疫學(xué)理論的發(fā)展和生物技術(shù)的涌現(xiàn)，肺移植免疫學(xué)相關(guān)問題得到了重要的提示參考。利用單細(xì)胞測(cè)序等高通量、高精度的技術(shù)手段可精確闡述肺臟免疫應(yīng)答的細(xì)胞和分子機(jī)制。

外泌體可參與機(jī)體免疫應(yīng)答、抗原提呈、細(xì)胞遷移、細(xì)胞分化等過程，可能與其生物來源、物質(zhì)構(gòu)成及運(yùn)輸、細(xì)胞間信號(hào)的傳導(dǎo)以及在體液中的分布有關(guān)。研究報(bào)道，肺移植受者的外周血和BALF中存在外泌體，且其在正常和炎癥狀態(tài)下具有不同的RNA圖譜[31]。外泌體表面存在不匹配的供者人類白細(xì)胞抗原（human leukocyte antigen，HLA）和肺相關(guān)組織限制性自身抗原，表明外泌體可能在誘導(dǎo)肺移植排斥反應(yīng)中起重要作用。來源于供者樹突狀細(xì)胞的外泌體已被證明能促進(jìn)同種異體移植物通過轉(zhuǎn)移功能性抗原提呈細(xì)胞參與免疫應(yīng)答，激活信號(hào)和供者HLA。外泌體可攜帶同種異體抗原、肺相關(guān)自身抗原、微小核糖核酸（micro RNA，miRNA）、蛋白酶體、共刺激分子和促炎轉(zhuǎn)錄因子，通過直接、半直接和間接途徑提呈抗原，對(duì)同種異體抗原和肺相關(guān)抗原產(chǎn)生免疫反應(yīng)。外泌體具有高生物安全性、低抗原性等優(yōu)勢(shì)，有望在排斥反應(yīng)的診療、免疫耐受的誘導(dǎo)中發(fā)揮潛在的價(jià)值。

隨著基礎(chǔ)學(xué)科的深層次交叉與滲透，可實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)觀察肺組織免疫細(xì)胞之間、免疫細(xì)胞與基質(zhì)細(xì)胞、免疫細(xì)胞膜受體與可溶性配體等的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，基礎(chǔ)免疫學(xué)研究將揭示肺移植免疫學(xué)領(lǐng)域的問題，但目前肺移植免疫學(xué)的特異性尚未明確，其致病機(jī)制有待進(jìn)一步探索。

6 小結(jié)與展望

為進(jìn)一步改善肺移植受者和移植肺的長(zhǎng)期存活，晚期慢性移植肺失功和感染等的防治工作任重道遠(yuǎn)。探索肺移植受者免疫系統(tǒng)的變化規(guī)律是臨床和基礎(chǔ)研究的重要策略，圍繞肺移植受者體內(nèi)多種免疫細(xì)胞的遷移、聚集、分布和相互作用等，發(fā)現(xiàn)肺移植免疫（黏膜免疫等）的關(guān)鍵機(jī)制。首先，建立排斥反應(yīng)的早期預(yù)警和鑒別診斷體系仍然是重點(diǎn)工作，研究肺組織區(qū)域免疫細(xì)胞組成的特異性、異質(zhì)性和復(fù)雜性，有利于在發(fā)生排斥反應(yīng)時(shí)對(duì)細(xì)胞群體的全面分析和功能評(píng)價(jià)；其次，有必要建立快速診斷病原體感染的方案，以保障臨床選擇診療策略的及時(shí)性，利用新一代測(cè)序技術(shù)精準(zhǔn)篩選病原體種類，并結(jié)合組學(xué)大數(shù)據(jù)、各種單細(xì)胞技術(shù)、成像新技術(shù)等，實(shí)現(xiàn)快速獲得病原體感染的信息。